Бюджетные электромобили с льготным утилем оснащаются батареями LFP. Что о них нужно знать

В результате последних изменений в правилах расчёта утилизационного сбора, так получилось, что подавляющее большинство электромобилей, попадающих под льготные условия ввоза оснащены литий-железо-фосфатными батареями LFP, которые хоть и относятся к классу литий-ионных, но обладают своими специфическими особенностями.

Внимание! Данная статья содержит оценочные суждения автора на основании полученного опыта при работе с высоковольтными батареями. Возможны субъективные преувеличения по причине аккумулирования отрицательного опыта и недооценки положительного пользовательского опыта, поскольку обычно в сервис приезжают только с проблемами, а не для того, чтобы похвалиться как всё хорошо и замечательно.

Главное экологическое преимущество LFP-батарей — в их составе. Вместо дорогих и дефицитных металлов в их основе лежит железо — самый распространённый и доступный металл на планете. А вот их самые сильные конкуренты, аккумуляторы типа NMC, зависят от куда более «проблемных» металлов: кобальта, который часто добывают в тяжёлых социальных и экологических условиях (к счастью, не в России), и большого количества никеля, чья добыча связана с серьёзными экологическими проблемами.

Эти металлы редки и дороги, что делает переработку старых NMC-батарей экономически выгодным делом — ценные компоненты можно извлечь и использовать снова. Но парадокс в том, что под льготный утильсбор как раз попадают в основном электромобили с дешёвыми LFP-батареями, а не с ценными NMC.

Здесь и кроется важный вопрос: если перерабатывать железо и фосфаты экономически не так интересно, как кобальт и никель, кто и как будет финансировать утилизацию этих LFP-батарей? Хочется верить, что авторы поправок заранее продумали систему поддержки для перерабатывающих предприятий. Иначе есть риск, что отслужившие свой срок «льготные» LFP батареи будут попросту отправляться на обычные свалки.

Конечно, на данном этапе для большинства покупателей электромобилей пока более актуален другой вопрос. Какие вообще особенности эксплуатации предполагает наличие LFP батареи в вашем автомобиле по сравнению с NMC батареями. И начнём мы конечно же с достоинств более дешевого типа химии.

Главное, за что мы любим LFP батареи

LFP батареи, несмотря на самую доступную цену, можно постоянно заряжать до 100%, тогда как у более дорогих NMC, NCA и некоторых других типов батарей нежелательным является долгое наличие у них заряда на уровне более 80%. Про химию подробнее можно ознакомиться в этой статье. Впрочем, и с LFP злоупотреблять этой способностью не стоит, если по прогнозу погоды предстоят самые жаркие дни, то не оставляйте на длительное хранение заряженную на 100% машину, даже если в ней используется LFP батарея.

Если создать идеальные условия эксплуатации, LFP батареи могут служить экстремально долго, более 5000 полных циклов, тогда как NMC батареи в основной своей массе менее долговечны и часто демонстрируют деградацию не только от количества рабочих циклов, но и от их диапазона использования по уровням заряда, а также от времени, которое прошло с момента производства элементов питания высоковольтной батареи.

И последнее по списку, но, пожалуй, главное по сути. LFP с большим отрывом лидируют по безопасности, так как менее склонны к термическому разгону. То есть являются гораздо менее огнеопасными.  Даже если процесс горения уже начался (например, от внешнего пожара, в котором оказался автомобиль), LFP выделяет в 4-6 раз меньше тепловой энергии на единицу массы/ёмкости, чем NMC, из-за отсутствия экзотермических реакций с выделением кислорода.

Ложки дёгтя в бочке мёда

LFP батареи особенно чувствительны к морозам. Если батарея остыла ниже 0 градусов по Цельсию, зарядка, даже медленная, крайне не рекомендуется и скорее всего будет просто заблокирована контроллером высоковольтной батареи до тех пор, пока система термального менеджмента не завершит прогрев. По этой же причине рекуперация в мороз может вовсе не работать, тем самым перекладывая функцию замедления автомобиля на традиционные гидравлические тормоза. Большинство NMC батарей допустимо заряжать медленной зарядкой даже с температурами ниже -10 градусов по Цельсию, то есть они существенно лучше подходят для холодных зим.

Тем не менее некоторые производители электромобилей могут немного нарушать требования завода изготовителя батарей, не дожидаясь полного и равномерного прогрева, чтобы лучше соответствовать желанию пользователей не слишком страдать в морозы. При быстрой зарядке замёрзшей батареи происходит необратимое повреждение на аноде. Для LFP этот процесс особенно опасен и с каждым таким циклом приводит к определённой потере емкости и росту внутреннего сопротивления, что вполне может покрываться условиями гарантии автопроизводителя. Например, на основании статистики продаж, расчёта количества холодных дней в году на широте Китая и допустимого снижения ёмкости на 20% за гарантийный срок. Однако, в случае чего, в России получить новую батарею может оказаться несколько сложнее, поэтому зимой с промёрзшей батареей лучше объезжать станции быстрой зарядки стороной, особенно если вам попалась LFP батарея, которая действительно способна на относительно быструю зарядку в мороз. Такая функция должна появляться лишь по мере прогрева батареи выше +10 градусов по Цельсию с точки зрения физики процесса.

Что касается доступной ёмкости и мощности, то по мере снижения температуры LFP батареи ниже 0 градусов по Цельсию, контроллер должен вводить постепенные ограничения. Тяга на морозе может быть заметно ниже, а запас хода может упасть даже без включения печки практически в 2 раза. Разумеется, при правильной эксплуатации с последующим прогревом батареи её показатели должны вернуться в норму.

Характерной особенностью моделей, оснащённых LFP батареями, может быть прогноз запаса хода, который показывает «погоду на Марсе». Этому есть фундаментальное объяснение с точки зрения особенностей используемого типа химии. Дело в том, что LFP элементы имеют практически постоянное напряжение в диапазоне уровней заряда от 20% до 90%, поэтому любые ошибки в расчёте расхода и прихода энергии в этом диапазоне неизбежно снижают точность прогноза реального запаса хода. Впрочем, обычно достаточно зарядиться до 100%, чтобы контроллер получил возможность определить реальную ёмкость и скомпенсировать нарастающую ошибку.

Сложнее дело обстоит с балансировкой LFP батарей. В самых тяжёлых случаях может образоваться существенная разница в уровнях напряжений между самой заряженной и самой разряженной ячейками. При значительной разнице напряжений (как правило это несколько сотен милливольт на низких уровнях заряда) может потребоваться даже визит в сервис, и непростая процедура ручной балансировки батареи.

В некоторых моделях автомобилей, оснащённых LFP батарей, может присутствовать режим «сбережения» батареи, который подразумевает более щадящие условия работы для продления срока службы батареи. В случае, если такой режим есть в вашей прошивке, рекомендуем включать его по крайней мере на зимний период. Вероятно, он будет активировать более агрессивный предподогрев батареи перед зарядкой, ограничивать мощность зарядки на холоде или даже давать рекомендации по оптимальному уровню заряда LFP батареи.

 Технические нюансы, о которых стоит знать

• Различия внутри самого класса LFP. Разные поколения батарей от CATL, BYD, Gotion High-Tech могут иметь разную стойкость к холоду, немного разную кривую разряда и, следовательно, разную точность BMS. Не все LFP абсолютно одинаковы, а точные "даташиты" на китайские элементы питания, которые используют автопроизводители, могут отсутствовать в свободном доступе. 

• Влияние качества входного контроля или "grading" ячеек. Почему у одних батарей проблемы с балансировкой — редкость, а у других частая жалоба? Это вопрос не только химии. Влияет сортировка ячеек, мощность каналов балансировки в BMS и условия эксплуатации. 

• LFP от природы имеет более высокое внутреннее сопротивление, чем NMC. Это значит, что при протекании большого тока (динамичный разгон, быстрая зарядка) в батарее больше потерь на нагрев, а напряжение "просаживается" сильнее. При охлаждении сопротивление повышается ещё сильнее. 

• Признаки деградации LFP: Со временем внутреннее сопротивление растёт необратимо. Это проявляется не столько в потере ёмкости (запаса хода в прогнозе), сколько в снижении реальной доступной мощности и скорости зарядки. Машина станет "вялой" в динамике, а на быстрой зарядке график мощности будет "обрезан" сверху. 

• К техническим достоинствам LFP можно отнесли гораздо меньшую вероятность проблемы саморазряда таких ячеек при долгом хранении, поскольку их рабочее напряжение ниже, а структура стабильнее. 

• Как правило LFP батарея позволяет всему автомобилю медленнее терять остаточную стоимость со временем, поскольку на пробегах около 100.000 км всё ещё может сохранять большую часть своего остаточного ресурса. Особенно заметно это стало уже сейчас на некоторых Tesla Model 3 Standard Range с небольшой LFP батареей, которые продаются иногда даже дороже, чем некоторые топовые Performance версии, когда становится понятно, что у последних приближается неизбежный ремонт высокопроизводительной батареи.

Кратко о главном  

Итак, подводя итог, LFP-батарея — это технология, чья массовая доступность сегодня стала во многом обусловлена не только её преимуществами, но и изменениями в регулировании. Покупатель, получающий льготный электромобиль, должен осознавать эти нюансы.

С точки зрения эксплуатации, LFP предлагает выигрышную комбинацию долговечности, безопасности и простоты ежедневного использования (возможность заряда до 100%). Однако за это приходится платить повышенной чувствительностью к холоду, которая в российских условиях превращается из мелкого неудобства в существенный фактор. Зимняя эксплуатация требует дисциплины: активного использования предварительного подогрева, осторожности с быстрой зарядкой и понимания, что реальный запас хода и динамика могут значительно меняться.

Если коротко: LFP — это «батарея для тепла и бережного отношения». В руках информированного владельца, который готов следовать правилам зимней эксплуатации (не давать критических нагрузок, не злоупотреблять быстрыми зарядками на морозе, периодически заряжать до 100% для калибровки), она должна прослужить очень долго и без особых проблем. Для того, кто ценит максимальную «всепогодность» и часто допускает непредсказуемость в своём графике, классические NMC-батареи могут оказаться более удобным вариантом. И даже среди маломощных электромобилей, подходящих под критерии льготного утиль-сбора, NMC-батареи могут изредка встречаться в топовых комплектациях.

Таким образом, выбирая электромобиль с LFP, вы выбираете не просто тип батареи, а определенный сценарий эксплуатации. Понимание его особенностей — залог того, что ваше обладание электромобилем будет достаточно долгим и лишённым неприятных сюрпризов, а экологическая идея не упрётся в проблему будущих свалок с отработанными аккумуляторами.